По моему опыту, каждому ребенку нужно соединение, я использую следующий шаблон в коде приложения, например
const cluster = require('cluster');
const mongoose = require('mongoose');
...
if (cluster.isMaster) { // Parent, only creates clusters
global.processId = 'Master';
for (let i = 0; i < 2; ++i) {
cluster.fork();
}
...
} else { // Child cluster
// connect
mongoose.connect('mongodb://localhost/myDB');
...
}